超白浮法玻璃生產(chǎn)工藝控制分析

杜磊 石揚

摘 要 本文分析了超白浮法玻璃的特點以及生產(chǎn)工藝的相關特性，認為超白浮法玻璃生產(chǎn)過程中存在的問題主要集中在玻璃液澄清效果容易受到影響、玻璃生產(chǎn)池內(nèi)溫度分布均勻度不足導致的一系列其他問題等方面，圍繞提高玻璃液澄清質量、穩(wěn)定成型退火質量、降低玻璃霉變發(fā)生率、提升玻璃原料利用率、降低污染成分產(chǎn)生量等方面提出了提高超白浮法玻璃生產(chǎn)工藝控制水平的有效方式，以供參考。

關鍵詞 超白浮法玻璃 玻璃液澄清 成型退火 玻璃生產(chǎn)池溫度 玻璃霉變發(fā)生率

中圖分類號：TQ171 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）06-0018-03

超白浮法玻璃俗稱“低鐵玻璃”、“高透明玻璃”，具備極強的透光率（超過91.5%），一眼望去猶如水晶般晶瑩剔透，使人產(chǎn)生高貴典雅之感[1]。因此，超白浮法玻璃在玻璃家族中素有“水晶王子”之稱。此種玻璃一般被應用于制作展覽館、珠寶、化妝品等展示高檔物品的展柜，可有效解決普通玻璃透光度不足的問題。目前，生產(chǎn)此種玻璃的過程中存在一些問題，需在工藝控制方面加以調(diào)整。

1 超白浮法玻璃的特性簡析

1.1 超白浮法玻璃的特點

超白浮法玻璃是指超白玻璃同時具備優(yōu)質浮法玻璃所具有的一切可加工的性能，具備極其優(yōu)秀的物理、機械、光學性能，能夠像其他優(yōu)質浮法玻璃一樣，根據(jù)需求進行多種深加工。目前已知的深加工適用工藝包含鋼化、鍍膜、彩釉、熱彎、夾膠、中空裝配等。超白浮法玻璃應用于現(xiàn)代建筑工程時，具備節(jié)能環(huán)保的特性，還能夠使建筑具備時尚、前衛(wèi)的特性。超白浮法玻璃本身便是一種具備高透光率的低鐵玻璃，透光率達到91.5%以上，含鐵量最大值不超過120ppm，因此也被稱為低鐵玻璃。如表1所示，為超白浮法玻璃與普通浮法玻璃的中各物質占比情況對比。可見，除了三氧化二鐵含量之外，其他成分無明顯差異?？傮w而言，超白浮法玻璃是當前市場上流行的一種高檔建筑裝飾物，目前在太陽能壓延光伏玻璃緊缺的情況下已經(jīng)開始替代壓延超白玻璃用作太陽能電池板背板封裝材料，今后的主要應用還會朝著薄膜太陽能電池方向發(fā)展。

1.2 超白浮法玻璃的生產(chǎn)工藝特性分析

與普通的浮法玻璃相比，超白浮法玻璃的生產(chǎn)工藝較為復雜，生產(chǎn)難度較高，主要體現(xiàn)在兩個方面：第一，超白玻璃本身便是低鐵玻璃，采用浮法工藝制備時，玻璃種鐵的含量更加難以控制;第二，熔化原料的過程中會產(chǎn)生大量氣泡，而傳統(tǒng)的工藝無法有效清除這些氣泡。

2 超白浮法玻璃生產(chǎn)過程中存在的問題簡析

2.1 玻璃液澄清效果受影響程度較大

超白浮法玻璃生產(chǎn)的過程中，玻璃液的特點為：由于玻璃液的平均溫度極高，導致黏性較小。在水平方向，玻璃液具備極強的流動性。由此造成的后果是，玻璃液流經(jīng)澄清區(qū)域時，停留的時間相對不足，導致玻璃液澄清效果受到很大的影響。

2.2 玻璃生產(chǎn)池內(nèi)溫度分布均勻度不足導致的一系列問題

盡管玻璃生產(chǎn)池內(nèi)的整體溫度較高，但每一個區(qū)域的溫度并非完全相同，彼此之間甚至存在較大的溫度差。具體而言：第一，與普通的浮法玻璃相比，在垂直方向上，超白浮法玻璃的溫度變化趨勢（梯度）和黏度變化趨勢（梯度）均較小，但生產(chǎn)池底部的溫度卻高于普通浮法玻璃。出現(xiàn)此種現(xiàn)象的原因在于：在垂直方向上，生產(chǎn)池的溫度變化幅度較低，因此隨著高度的增加，對流強度呈現(xiàn)下降的趨勢，故導致氣泡無法完全排凈;第二，回流玻璃液在生產(chǎn)池內(nèi)向下流動時，會產(chǎn)生熱量。受溫度升高的影響，積存在生產(chǎn)池內(nèi)尚未排凈的氣泡會因熱化學的作用而分散到玻璃液中。由于玻璃液含鐵量及黏性程度較低，而導致這些氣泡會大量上升，進而分布到表面流中，影響玻璃質量;第三，上文提到，相較于普通浮法玻璃生產(chǎn)池，超白浮法玻璃生產(chǎn)池池底的溫度更高，且呈現(xiàn)出持續(xù)提升的特性。受此影響，在水平方向上，玻璃液的流動速度（或是轉動速度）會呈現(xiàn)出增加的趨勢。如此一來，原本處于封閉狀態(tài)的耐火材料的氣孔會被迫打開，導致部分玻璃液被吸到這些氣孔中。此后，氣孔中原本存在的空氣會因為“交換作用”而進入玻璃也中，最終產(chǎn)生了一種“耐火材料氣泡”?？傮w而言，因玻璃生產(chǎn)池中溫度控制效果不佳（不同區(qū)域之間存在溫差），加之玻璃液具備流動特性，會導致玻璃液澄清環(huán)節(jié)受到影響。不僅如此，“耐火材料氣泡”會分布在已經(jīng)成型的超白浮法玻璃中，直接影響玻璃質量。因此，為提高超白浮法玻璃質量，必須圍繞上述問題，調(diào)整生產(chǎn)工藝控制水平，保證高質量玻璃的生產(chǎn)效率。

3 提高超白浮法玻璃生產(chǎn)工藝控制水平的有效方式

3.1 提高玻璃液澄清質量的控制方式

超白浮法玻璃生產(chǎn)過程中，與含鐵量相關的問題與生產(chǎn)池內(nèi)溫度控制問題經(jīng)常同時出現(xiàn)[2]。為提高玻璃液澄清質量，盡量降低耐火材料氣泡以及常規(guī)氣泡的出現(xiàn)量，可采用以下方式完成控制：第一，技術人員務必對生產(chǎn)期間的熱負荷值進行系統(tǒng)性考量，并對數(shù)值控制范圍區(qū)間進行調(diào)整。采用此種方式的目的在于，能夠顯著降低玻璃熔化過程中的熱負荷量，從而降低設備承載壓力，使溫度控制更加理想。比如生產(chǎn)爐的構成方式共計設有8對小爐，可降低前四對的熱負荷，提高后四對的熱負荷。完成此種控制之后，超白浮法玻璃實際生產(chǎn)效率不會降低，澄清質量會顯著提高;第二，有技術人員基于超白浮法玻璃的特性，對生產(chǎn)過程進行“逆向推導”，找出一個無需調(diào)整窯爐熱負荷，只需要添加具備快速熔化配合料，即可降低熱負荷的方式。但經(jīng)過實際檢測后發(fā)現(xiàn)，此種方式忽略了一個重要條件，即進行玻璃液澄清作業(yè)時，由于其內(nèi)存在大量微氣泡，故配合料盡管在高溫的環(huán)境下已經(jīng)熔化，卻無法有效融合進玻璃液中。因此，原本設想的“降低熱負荷”不僅無法實現(xiàn)，還會使熱負荷在一定程度上升高。盡管此種控制方式不具備可行性，但在理論上卻存在可借鑒之處，即嚴格控制小爐的數(shù)量，防止因熱量較大而導致微氣泡數(shù)量增多（氣泡的特性為：具備較強的吸附能力，一旦在玻璃液表面流上大量積存，不僅導致熱負荷相關問題，氣泡流通后還會二次生成，進一步影響澄清效果）;第三，加入快速熔化配合料的方式不可行，但可適量向生產(chǎn)池中加入消泡劑及復合澄清劑。但需要注意的是要確保窯內(nèi)氣氛穩(wěn)定，尤其是超白薄玻璃的拉引量調(diào)整時，燃料量減少，熱負荷及助燃風量會發(fā)生大的變化，會導致氣氛不穩(wěn)定從而導致澄清不良。經(jīng)過此中調(diào)整，配合池底鼓泡技術（在窯爐的熱泉處設置一排鼓泡管，可向玻璃液中“鼓泡”，可有效增強熱障作用。受熱障作用的影響，玻璃液的對流中作用會加劇，窯爐底部的玻璃液溫度會進一步升高。如此一來，玻璃液流動的穩(wěn)定性會大幅度增加，還會在一定程度上促進配合料熔化。不僅如此，盡管窯爐底部的溫度明顯升高，但窯爐整體的溫度卻顯著降低，熔化量也會隨之提升，可達到降低能耗、節(jié)省成本的目的）。

3.2 提升玻璃成型退火質量的控制方式

3.2.1 錫槽方面工藝控制

由于超白玻璃通常為3.2mm以下的薄玻璃，透明度較好。因此，錫槽內(nèi)的一些缺陷會被放大，超白玻璃粘度小、縱向流動速度快，會導致圓形氣泡會被縱向拉長為橢圓形氣泡，核心尺寸變大，增加了被在線監(jiān)測儀判等的幾率，影響成品率。其次，超白玻璃由于粘度小、速度快在洋蔥頭區(qū)域流速過快、停留時間短、攤平拋光不夠，導致高溫區(qū)錫液溫度、空間溫度均較低，更不利于成型，玻璃厚薄差及光學性能均會受到影響。再者，由于成分的差異，超白玻璃相較于普白析晶溫度更高、析晶速度更快，導致超白玻璃更容易產(chǎn)生析晶。尤其是在生產(chǎn)2mm及以下玻璃時經(jīng)常會降低拉引量，窯內(nèi)玻璃液流動會發(fā)生較大變化，工作部以及流量閘板前的冷玻璃極有可能會被帶入錫槽，導致析晶[3]。

針對以上問題，可對應采取以下措施改善：（1）在調(diào)整拉引量時，一定要緩慢，杜絕大步子調(diào)整;（2）適當提升流道溫度、高溫區(qū)溫度，保證拋光攤平充分，可以減少或取消高溫區(qū)空間水包使用或者開啟前端電加熱補充熱量，也可以將首對拉邊機后移，延長攤平長度，要注意拉邊機參數(shù)的對應調(diào)整（需要確保魚肚子不能太寬、成型溫度在合理范圍）。同時要注重錫槽兩側保溫，加強密封，可以在兩側增加保溫板。高溫區(qū)可以設置石墨擋旗，減少錫液縱向流動，提升前區(qū)溫度;（3）對于析晶，主要是要穩(wěn)定拉引量和閘板前后的溫度，避免大幅度波動，溫度可以適當高一些，對析晶和拋光成型均有好處，同時也可以節(jié)約電耗。

3.2.2 退火工藝控制

超白玻璃由于成分變化，導致退火溫度發(fā)生變化，玻璃的塑性形變溫度轉變點和彈性形變轉變點對比普白有所降低（約3℃），另外超白玻璃普遍拉引量較小，導致熱量不夠，A區(qū)溫度更低。這樣就會導致A區(qū)提前退火，沒有起到均熱的作用，玻璃溫差增大，應力和切割質量不受控制。對應措施：（1）提升錫槽出口溫度（保證合理爬坡距離，保證板底質量前提下），適當提高A區(qū)整體溫度。（2）對退火窯各區(qū)溫度及功能可以重新合理定義，多做一些嘗試。

3.3 降低玻璃霉變發(fā)生率的控制方式

相較于普通浮法玻璃，超白浮法玻璃出現(xiàn)霉變的幾率更大，會嚴重影響超白浮法玻璃的質量。圍繞此種現(xiàn)象轉變控制方法時，首先需要確定產(chǎn)生霉變的原因。有研究顯示，導致超白浮法玻璃霉變的主要原因為：玻璃內(nèi)部成分中的堿性金屬離子在一定時間內(nèi)持續(xù)性地增加，且積累到一定數(shù)量之后，會向遠方大規(guī)模擴散。如果環(huán)境因素給予一定的“支持”，則金屬離子會與環(huán)境中的部分成分頻繁“交換”，最終出現(xiàn)霉變。數(shù)據(jù)顯示，超白浮法玻璃中的堿性金屬氧化物約占據(jù)總量的15%，遠遠高于普通浮法玻璃，故發(fā)生霉變的幾率自然更高。

明確原因之后，可通過如下方式加以控制：第一，針對玻璃液中的堿性金屬陽離子含量進行控制，如果該類物質含量持續(xù)性、快速性增長，則超白浮法玻璃霉變的速度會越來越快，霉變區(qū)域也會越來越大。而與堿性金屬氧離子含量增加的直接相關因素為，氧化鎂、氧化鈣等溶劑的使用過量。因此，降低此類含氧配合料的使用量，能夠在一定程度上降低玻璃液內(nèi)堿性金屬陽離子的濃度;第二，采用傳統(tǒng)的物理方法進行干預。盡管玻璃內(nèi)部含有堿性金屬陽離子，但若盡量隔絕與環(huán)境的接觸，則霉變的發(fā)生率也會降低。故可使用防霉粉等，干擾霉變產(chǎn)生環(huán)境。

3.4 提升玻璃原料利用率，降低污染成分產(chǎn)生量的控制方式

上文所述內(nèi)容均是技術層面的控制與調(diào)整。除此之外，還需注重原材料管理方面的相關調(diào)整。具體而言，生產(chǎn)超白浮法玻璃所用的原材料在進場之前，本身可能存在質量問題，或是在運輸、存儲的過程中由于管理不當，導致質量受損。使用存在質量問題的材料生產(chǎn)超白浮法玻璃時，必定會引發(fā)質量問題。基于此，管理方面的控制要點為：第一，在運輸期間采用“噸袋”包裝模式，且以散裝形態(tài)為主（內(nèi)部必須設置底板，防止原材料與地面、包裝袋等直接接觸）;第二，運輸期間，需內(nèi)襯PE板，隔絕污染物與原材老的接觸;第三，使用的車輛應該為超白浮法玻璃生產(chǎn)原材料專用運輸車輛，且在運輸期間應避免與鐵制品放置于同一區(qū)域（超白浮法玻璃的性能遠遠超過普通浮法玻璃。具體而言：超白浮法玻璃的氧化鐵（Fe2O3）的含量不得高于0.015%，而普通浮法玻璃的含量要求僅為0.1%，二者相差近7倍）[4];第三，改造生產(chǎn)設備，特別時窯爐的底部、側壁等能夠與玻璃液直接接觸的區(qū)域，絕不能使用含鐵材質制造，否則必定會導致鐵元素、含鐵化合物滲入玻璃液，造成污染?？傊?，隔絕雜質和鐵制品，可在一定程度上提高玻璃原材料利用率，降低污染成分產(chǎn)生量。

4 結語

超白浮法玻璃具備優(yōu)良的特性，決定了生產(chǎn)加工過程的復雜程度必然較高。相較于普通的浮法玻璃，在澄清液環(huán)節(jié)的控制質量如果無法得到保證，則超白浮法玻璃的生產(chǎn)質量必定受到影響?；诖耍杼岣卟Ａб撼吻遒|量。在此基礎上，原料控制、成型退火控制、霉變控制等均是提高超白浮法玻璃生產(chǎn)質量必須重點關注的環(huán)節(jié)，且工藝改進之后，可提高原料使用率，降低污染物產(chǎn)生率，切實提高利潤空間，踐行環(huán)保理念。目前，國內(nèi)已有多家玻璃公司采用了一窯多線的模式，既可以豐富產(chǎn)品線，同時每條支線不需要經(jīng)常改規(guī)格，減少窯爐、錫槽波動及玻璃損失，對于窯槽工況穩(wěn)定大有裨益，此外大噸位窯爐在節(jié)能降耗上也有很大優(yōu)勢，這也將是超薄浮法玻璃未來的主流趨勢。

參考文獻：

[1] 唐文鵬.超白浮法薄玻璃生產(chǎn)工藝探討[J].玻璃，2020，47 （12）：42-46.

[2] 喬心寬，李凡，智明，等.超白浮法玻璃生產(chǎn)的工藝控制[J].智能城市，2020，6（07）：247-248.

[3] 武林雨，許世清，王長軍，等.超白浮法玻璃熔化溫度與黏度特性及其對液流影響的分析[J].玻璃，2021，48（05）：15-19.

[4] 趙寶盛，武林雨.超白浮法玻璃熔窯熱負荷調(diào)整對玻璃氣泡缺陷的影響[J].玻璃搪瓷與眼鏡，2020，48（03）：14-16，34.